Minh Châu Phan Huy

1. Inscriptionde Transducteursà Réseauxde Braggdansdes Fibres Microstructuréespour des Applications en Réfractométrie CEA - Saclay / Laboratoire de Mesures Optiques Minh Châu Phan Huy G. Laffont V. Dewynter-Marty P. Ferdinand P. Roy J.M. Blondy D. Pagnoux W. Blanc B. Dussardier

2. Plan de la présentation • Introduction • Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées • Imagerie modale et comparaison avec le modèle • Sensibilité spectrale d’un réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux d’une fibre microstructurée • Conclusion - Bilan

3. Introduction Objectif : Etude du potentiel des fibres microstructurées associées aux réseaux de Bragg pour le développement de capteurs

4. Fibre généralement en silice comportant des canaux d’air longitudinaux Mécanismes de guidage : Réflexion totale Bande Interdite Photonique • Pour l’inscription de réseaux de Bragg • cœur plein et photosensible (Ge) Collaboration CEA / Universités Introduction Une fibre microstructurée (doc. IRCOM)

5. Fibre de silice comportant des trous longitudinaux Mécanismes de guidage : Réflexion totale Bande interdite photonique • Pour l’inscription de réseaux de Bragg • cœur plein et photosensible (Ge) Introduction Une fibre à cristaux photoniques ou microstructurée (doc. IRCOM) • Collaboration CEA / Universités • L.P.M.C.(C.N.R.S. Nice) • Réalisation de préformes dopées • I.R.C.O.M.(C.N.R.S. Limoges) • Assemblage des préformes et fibrage • L.M.O.(C.E.A. / DRT/ LIST/ Saclay) • Caractérisationdes fibres et photo-inscription des RdB • Modélisation (méthode des fonctions localisées) • Applications capteurs

6. Plan de la présentation • Introduction • Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées

7. Lentille cylindrique de focalisation Détecteur • Hydrogénation des fibres à 25 °C/160 bars pendant 2 semaines et inscription immédiatement après sortie de la chambre d’hydrogénation Inscription de réseaux de Bragg • Pour le banc à miroir de Lloyd • Mesure de la fluorescence de la silice dopée Ge sous éclairement du faisceau UV (à 244 nm) pour l’optimisation du réglage de la focalisation

8. Fibre à 6 trous • fFibre ~ 140 mm • fTrous ~ 15 mm • Fibre à 18 trous • fFibre ~ 140 mm • fTrous ~ 4 mm 82 % 87 % Inscription de réseaux de Bragg Rapport S/N >>1

9. Plan de la présentation • Introduction • Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées • Imagerie modale et comparaison avec le modèle

10. Dispositif d’imagerie modale Imagerie modale Caméra IR x40 fibre µ-structurée x40 Laser accordable

11. Imagerie modale : fibre à 6 trous Exp. Non observé ? ? Modèle

12. Modes à fuite Imagerie modale : fibre à 18 trous Modèle Expérience

13. Introduction Plan de la présentation • Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées • Imagerie modale et comparaison avec le modèle • Sensibilité spectrale d’un réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux d’une fibre microstructurée • Effet sur la résonance de Bragg, de l’introduction d’un liquide d’indice dans les canaux de la fibre • Courbe lBragg en fonction n liquide

14. Déplacement spectral de la résonance de Bragg lors de l’introduction de différents liquides d’indice dans les canaux de la fibre microstructurée Introduction d’un liquide d’indice dans la fibre m-structurée

15. Liquide d’indice n = 1,3292 à 25°C et 1550 nm • Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3, 35x10-4 u.i.r./°C Introduction d’un liquide d’indice dans la fibre m-structurée Introduction du liquide d’indice dans une fibre microstructurée vide

16. Modèle Expérience Sensibilité à l ’indice • Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de la fibre microstructurée à six trous • Indice des liquides : 1,290 - 1,454 Fibre 6 trous

17. Sensibilité à l ’indice • Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de les fibres microstructurées à 6 et 18 trous • Indice des liquides : 1,290 - 1,454 Répétabilité de l’expérience Fibre 18 trous

18. Sensibilité à l ’indice • Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de les fibres microstructurées à 6 et 18 trous • Indice des liquides : 1,290 - 1,454 Dn = 2.10-5 Sur la plage d’ indice : 1,30-1,40 Fibre 6 trousDn moyenne = 2.10-3 Fibre 18 trousDn moyenne = 4.10-4 Dl = 1 pm Dn = 7.10-4 Dn = 7.10-5 Dn = 4.10-3

19. Mesure du déplacement spectral du pic de Bragg dû à la variation de T lB = f (T) Chauffer la fibre vide = Déplacement spectral du pic de Bragg dû à la variation de n l = f (n(T)) Variation de l’indice du liquide par effet thermo-optique Démarche Mesure du déplacement spectral du pic de Bragg dû à la variation de n et de T lB = f (n(T), T) Chauffer la fibre contenant du liquide d’indice _

20. Dl Test en température sur une fibre m –structurée à vide • Sensibilité en température d’un réseau inscrit dans une fibre m- structurée : Dl/DT ~ 9 – 11 pm /°C • Comparable à la sensibilité en température d’un réseau inscrit dans une fibre monomode standard : Dl/DT ~ 10 – 12 pm /°C

21. Dl Dl Dl • Liquide d’indice n = 1,4438 à 25°C et 1550 nm • Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3,90 x 10-4 u.i.r. /°C Test en température avec présence d’un liquide d’indice (I) • Variation de la température par paliers de 1 °C, de 18 °C à 31 °C (variation d’indice de 1,4415 à 1,4466) • Stabilité en température +/- 0,01°C (+/- 3,90 x 10-6 u.i.r.) ▪ Déplacement du pic (influence de n et T)

22. Influence n : Sensibilité • Dl/Dn avec liq. ~ 16 nm/ u.i.r • Pour Dl= 1 pm Dn = 6.10-5 Test en température avec présence d’un liquide d’indice (II) • Liquide d’indice n = 1,4438 à 25°C et 1550 nm • Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3,90.10-4 u.i.r./°C

23. Plan de la présentation • Introduction • Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées • Imagerie modale et comparaison avec le modèle • Sensibilité spectrale du réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux de la fibre microstructurée • Conclusion - Perspectives

24. Conclusion - Perspectives • Inscription de réseaux de Bragg dans les deux fibres microstructurées photosensibles dopées Ge (fabriqué par le L.P.M.C. et l’ I.R.C.O.M. ) • Sensibilité expérimentale du réseau de Bragg est de 16nm / u.i.r. pour ntrou ~ 1,444 • Pour un résolution spectrale de 1 pm cela correspond à une résolution de 6 x 10-5 sur la valeur de l’indice du milieu présent dans les canaux. • Optimisation du profil d’indice pour augmenter le recouvrement entre le champ et le milieu présent dans les trous

25. Remerciements • INRS (Institut National de Recherche et de Sécurité) • Ministère Français de la Recherche